氣象基本概念與空氣污染
氣象學是研究大氣動態的科學,與空氣污染密切相關。空氣污染問題通常涉及污染源、污染物的傳輸與擴散,以及受體三個部分,而污染物的傳播方式主要受氣象條件影響。
大氣穩定性是影響污染物垂直混合與擴散的關鍵因素。當大氣處於不穩定狀態時,垂直混合強烈,有助於污染物的稀釋與擴散;相反地,穩定條件則會抑制垂直混合,使污染物滯留於地表附近,濃度升高。
氣溫隨高度變化的速率稱為「遞減率」(Lapse Rate),分為乾絕熱遞減率(DALR)、濕絕熱遞減率(MALR)與環境遞減率(ELR)。這些遞減率的比較可用來判斷大氣的穩定性,進而預測污染物的擴散情況。
常見的大氣穩定狀況包括:
- 中性穩定:環境遞減率與乾絕熱遞減率相同。
- 超絕熱:環境遞減率大於乾絕熱遞減率。
- 亞絕熱:環境遞減率小於乾絕熱遞減率。
- 等溫層:氣溫不隨高度變化。
- 逆溫層:氣溫隨高度上升。
地球大氣層分為對流層、平流層、中氣層與熱層,其中對流層是天氣變化與污染物擴散的主要區域。行星邊界層(PBL)是控制污染物垂直傳輸的關鍵區域,其深度受穩定性影響。
最大混合高度(MMD)是污染物可垂直混合的最大高度,越高表示污染物可被稀釋的空氣體積越大。
風速與風向也影響污染物的水平傳輸。風玫瑰圖與污染玫瑰圖可用來分析污染物的來源與分布情況。污染物的擴散型態(如循環型、錐形、扇形、煙霧型等)則取決於大氣穩定性與風速。
空氣污染事件通常發生在大氣穩定且風速低的情況下,例如逆溫沉降或城市熱島效應。當水平與垂直通風機制同時失效時,污染物濃度會迅速累積,形成嚴重的污染事件。